這種新型器件讓生命體與機器實現(xiàn)無縫銜接

記者26日從中國科學院理化技術(shù)研究所獲悉，來自該所等單位的研究人員開發(fā)了一種具有級聯(lián)異質(zhì)界面的雙相凝膠離電器件，實現(xiàn)多種離子信號的轉(zhuǎn)換和傳輸。該器件有望實現(xiàn)生命體與機器的連通。相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學》雜志。

一直以來，地球上的生物體主要靠離子傳遞電信號，各種離子就像一顆顆小球，在受到電信號等刺激時，按需向目的地前進。而人工電子電路則主要依靠電子進行信號傳輸。

級聯(lián)異質(zhì)門控雙相凝膠材料（中國科學院理化所供圖）

近年來，能夠?qū)㈦x子和電子的電荷轉(zhuǎn)移與信號轉(zhuǎn)換結(jié)合的離電器件引起廣泛關(guān)注。這些器件在生物和非生物系統(tǒng)之間發(fā)揮著紐帶作用，在神經(jīng)電極、神經(jīng)假體、智能可植入設(shè)備等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

“然而，現(xiàn)有的離電器件普遍存在一個局限，即它們僅具有單一電子或離子信息載體，難以容納更多生物相容信息。如何實現(xiàn)多種生物離子信號的有效可控傳輸，關(guān)聯(lián)復雜生物系統(tǒng)，一直是個難題。”論文通訊作者、中國科學院理化所研究員聞利平說。

受神經(jīng)界面門控結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，在中國科學院理化所江雷院士的指導下，聞利平研究員和中國科學院大學副教授趙紫光聯(lián)合清華大學教授徐志平以及首都醫(yī)科大學教授劉慧榮，構(gòu)建了具有離子富集相和連續(xù)低電導相的雙相凝膠離電器件。

“在電場的作用下，離子部分去水合和再水合的過程將交替而連續(xù)地進行。由于不對稱化學結(jié)構(gòu)和空間尺寸的影響，異質(zhì)界面將扮演多重‘門’的作用，迫使離子‘小球’脫掉由水分子組成的‘外套’，而它們脫掉‘外套’的難易程度是不一樣的，使不同離子信號的傳輸產(chǎn)生數(shù)量級的區(qū)別?！壁w紫光說，因此，在不同電壓刺激下，該器件能夠?qū)﹄x子傳輸能壘進行排序和控制，讓“小球有序奔跑”，實現(xiàn)多元離子的分級傳輸。

聞利平表示，這項研究成果有望在神經(jīng)擬態(tài)信號傳輸方面發(fā)揮重要作用，為實現(xiàn)生物-非生物系統(tǒng)的多元復雜信號通訊提供新的思路和方法。